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¿Paso del husillo de bolas de 5 mm o 10 mm? La pregunta que siempre me hago primero.
Primero, deja de tratar el plomo como un ajuste de velocidad.
Sí, el avance es la distancia lineal que la tuerca se desplaza por revolución. Un avance de 5 mm significa 5 mm por revolución. Un avance de 10 mm significa 10 mm por revolución. Por lo tanto, para las mismas RPM del motor, el tornillo de 10 mm desplaza el eje el doble de distancia.
Pero el tornillo no gira por sí solo. El motor tiene que empujar la carga a través de ese cable. Y cuanto mayor sea el cable, menor será la ventaja mecánica.
Imagínalo como los engranajes de una bicicleta. Un engranaje más grande te permite ir más rápido a la misma velocidad de pedaleo, pero es más difícil subir una cuesta. Un engranaje más pequeño te da más fuerza, pero requiere pedalear más rápido para mantener la misma velocidad.
El mecanismo de un husillo de bolas funciona de la misma manera. El paso de 5 mm corresponde al engranaje más pequeño. El paso de 10 mm corresponde al engranaje más grande.
Así que antes de preguntar "¿cuál es más rápido?", pregúntate "¿qué estoy empujando realmente?".
El lado del par motor es donde la mayoría de la gente se sorprende
He aquí una forma sencilla de verlo. Si mantienes el par motor constante, duplicar la longitud del cable de 5 mm a 10 mm reduce aproximadamente a la mitad la fuerza axial obtenida.
Eso significa que el tornillo de 10 mm necesita un motor más potente para mover la misma carga. O bien, acelera la misma carga más lentamente. O bien, tiene dificultades en un eje vertical donde la gravedad siempre actúa.
He visto a constructores colocar un cable de 10 mm en un eje Z con un husillo de 2,2 kW y luego preguntarse por qué el eje pierde pasos o falla durante los movimientos rápidos. El motor simplemente no tenía el par suficiente para soportar y mover el peso a través de ese cable más grueso.
En un eje horizontal ligero, un avance de 10 mm puede ser excelente. La carga es pequeña, la velocidad es útil y el par requerido se mantiene manejable. Pero en una mesa pesada o un cabezal vertical, el avance de 5 mm resulta mucho más práctico.
Por lo tanto, lo primero que compruebo es el requisito de empuje, no el requisito de velocidad.
Empieza con la velocidad que realmente necesitas.
Muchas máquinas no necesitan moverse tan rápido como cree el fabricante. Si el pórtico mide solo 400 mm de largo, ¿realmente importa si se desplaza a 10 m/min en lugar de 6 m/min? El eje llega al final en una fracción de segundo en ambos casos.
Pero en una mesa de fresado larga, la velocidad es fundamental. Si estás cortando láminas completas de madera contrachapada y el eje tiene que recorrer 2500 mm entre cortes, duplicar la velocidad puede ahorrarte mucho tiempo en una jornada de ocho horas.
Por lo tanto, antes de seleccionar un cliente potencial, le pido que me indique una velocidad de entrega realista. No "lo más rápido posible", sino una cifra que realmente pueda utilizar.
Luego calculo las RPM del tornillo para ambos cables.
A 10 m/min:
Cable de 5 mm: 10.000 / 5 = 2.000 RPM
Cable de 10 mm: 10 000 / 10 = 1 000 RPM
A 15 m/min:
Cable de 5 mm: 3000 RPM
Cable de 10 mm: 1500 RPM
A 20 m/min:
Cable de 5 mm: 4000 RPM
Cable de 10 mm: 2000 RPM
Esa cifra de RPM es más importante de lo que se cree, sobre todo a medida que aumenta la longitud del tornillo. Un tornillo de 1500 mm que gira a 4000 RPM vibrará y se sacudirá a menos que esté muy bien sujeto. Eso supone un verdadero quebradero de cabeza mecánico.
Por lo tanto, si necesita 20 m/min en un eje largo, el paso de 10 mm podría ser la única opción práctica, no porque sea "mejor", sino porque mantiene la velocidad del husillo dentro de un rango que la máquina puede manejar.
La longitud del tornillo es el factor oculto.
Los husillos cortos son tolerantes. Un husillo de 300 mm con un paso de 5 mm puede girar rápidamente sin mayores problemas. La velocidad crítica es alta y la oscilación apenas representa un inconveniente.
Pero los tornillos largos son otra historia. Una vez que se superan los 800 mm aproximadamente, la velocidad crítica del tornillo comienza a disminuir rápidamente. La disposición de los soportes es importante. El mecanizado de los extremos es importante. El diámetro es importante. Y el paso de rosca es importante porque determina la velocidad a la que hay que girar el tornillo para alcanzar una velocidad lineal determinada.
He tenido diseños donde un avance de 5 mm era perfecto para el empuje, pero las RPM requeridas hacían que el tornillo alcanzara su límite de velocidad crítico. Cambiar a un avance de 10 mm permitió obtener la misma velocidad lineal a la mitad de las RPM, lo que hizo que todo el eje fuera más estable.
Eso no es una concesión. Es un buen diseño de ingeniería. A veces se elige un avance mayor no porque se quiera más velocidad, sino porque se quiere la misma velocidad a un régimen de revoluciones por minuto del husillo más manejable.
¿Qué hay de la resolución de posicionamiento?
Aquí es donde veo la mayor confusión.
La gente suele asumir que un cable de 5 mm ofrece mejor resolución porque la tuerca se mueve la mitad de distancia por revolución. Y, en términos generales, es cierto. Si se utiliza un motor paso a paso con 200 pasos por revolución y sin micropasos, un cable de 5 mm proporciona 0,025 mm por paso completo, mientras que un cable de 10 mm proporciona 0,05 mm.
Pero la mayoría de los sistemas modernos utilizan micropasos o servomotores con codificadores de alta resolución. Y el error de posicionamiento real proviene de una larga lista de factores: precisión del avance, juego, holgura de los rodamientos, alineación de la guía, dilatación térmica y ajuste del servomotor. El tamaño del avance es solo una pequeña parte.
He visto a constructores insistir en un cable de 5 mm "para mayor precisión" y luego instalarlo en una máquina con una base torcida y un acoplamiento flojo. El cable de 5 mm no les sirvió de nada. La máquina seguía cortando fuera de tolerancia porque la estructura se flexionaba.
Si te preocupa la precisión, primero define la tolerancia que necesitas. Si es de ±0,02 mm, podemos analizar si el paso de la mina es importante. Si es de ±0,1 mm, probablemente el paso de la mina no sea tu mayor problema.
Los ejes Z son un caso especial.
Es en un eje vertical donde el cable de 5 mm realmente destaca. El motor debe soportar el peso del cabezal, el husillo y las herramientas, no solo durante el corte, sino también cuando el eje está detenido.
Si el cable es demasiado grueso, el motor tiene que esforzarse más para mantener la posición. Durante la aceleración ascendente, el par máximo puede ser muy alto. Un cable de 10 mm podría funcionar si el motor es demasiado grande, pero uno de 5 mm ofrece mayor margen de seguridad para el mismo motor.
Por eso, a menudo se ve un avance de 5 mm en el eje Z y de 10 mm en los ejes X e Y. Los ejes X e Y se mueven horizontalmente, donde la gravedad no se opone constantemente al movimiento. El eje Z necesita mayor ventaja mecánica.
Pero, de nuevo, depende de la máquina. Una impresora 3D o grabadora láser ligera podría usar 10 mm en el eje Z sin problema, ya que la masa móvil es mínima. La regla no es «usar siempre 5 mm en el eje Z», sino «verificar la carga y el par antes de decidir».
La aceleración es la parte que la gente olvida
Todo el mundo habla de la velocidad máxima. Pero una máquina que tarda cinco segundos en alcanzar esa velocidad no es realmente rápida.
La aceleración requiere par motor. El motor debe hacer girar el tornillo, el acoplamiento, el rotor y la carga móvil. Si el avance es grande, la inercia reflejada cambia y el par motor requerido puede aumentar inesperadamente.
He visto ejes que podían alcanzar los 15 m/min, pero no aceleraban lo suficientemente rápido como para que esa velocidad resultara útil en movimientos cortos. La máquina pasaba la mayor parte del tiempo acelerando y desacelerando. En ese caso, un avance menor podría haber dado la sensación de mayor velocidad, ya que el eje podía alcanzar la velocidad máxima más rápidamente.
Así que, cuando comparo 5 mm y 10 mm, no solo me fijo en la velocidad máxima. Analizo el perfil de movimiento. ¿Cuánto dura el movimiento? ¿Con qué frecuencia arranca y se detiene el eje? ¿Qué tan agresiva debe ser la aceleración?
Un ejemplo rápido
Supongamos que estás construyendo un eje horizontal de 600 mm. La masa móvil es de 30 kg. Quieres una velocidad rápida de 15 m/min. El motor es un servomotor de 750 W con una velocidad nominal de 3000 RPM.
Con un cable de 5 mm, necesitas 3000 RPM para alcanzar los 15 m/min. Eso es justo la velocidad nominal del motor. Puede que funcione, pero no hay margen de mejora.
Con un cable de 10 mm, solo se necesitan 1500 RPM. Esto deja un amplio margen de velocidad. Sin embargo, ahora el motor debe generar el doble de par para el mismo empuje. Si la carga es ligera y la aceleración moderada, no hay problema. Si la carga es pesada o las fuerzas de corte son elevadas, el motor podría tener dificultades.
Así que la respuesta no es obvia hasta que se comprueban las cifras de empuje y aceleración. Esa es precisamente la clave.
Qué enviar a su proveedor
Cuando recibo una solicitud de presupuesto para un husillo de bolas, no me impresiona el número de modelo. Me impresiona una lista sencilla de requisitos.
Las mejores consultas tienen este aspecto:
Eje: Eje X
Recorrido: 600 mm
Masa móvil: 30 kg
Velocidad máxima: 15 m/min
Aceleración: 0,5 G
Orientación: horizontal
Motor: servomotor de 750 W, 3000 RPM
Precisión requerida: ±0,02 mm
Ciclo de trabajo: 8 horas/día
Eso me da suficiente información para comprobar el cable, el diámetro, el soporte y si el motor puede realizar la tarea. Si los números no cuadran, puedo explicarte el motivo y sugerirte una alternativa.
Si simplemente dices "Necesito un husillo de bolas 1605", no puedo ayudarte mucho. Ya tomaste la decisión sin saber si es la correcta.
La elección no se trata de qué líder es mejor
En definitiva, tanto los cables de 5 mm como los de 10 mm son útiles. Simplemente son herramientas diferentes para situaciones diferentes.
Un cable de 5 mm proporciona mayor empuje y una resolución mecánica más precisa. Es ideal para ejes verticales, mesas pesadas y máquinas que necesitan ejercer una gran fuerza a velocidades moderadas.
Un cable de 10 mm proporciona mayor velocidad lineal para las mismas RPM del tornillo. Es ideal para ejes horizontales largos, ligeros y rápidos, donde el motor puede compensar la menor ventaja mecánica.
El error consiste en elegir uno porque "suena bien". 5 mm suena preciso. 10 mm suena rápido. Pero el sonido no es ingeniería.
Realiza los cálculos básicos:
Velocidad requerida → RPM del tornillo
Empuje requerido → par motor
Aceleración → par máximo
Longitud del tornillo → velocidad crítica
Esos cuatro números te dirán más que cualquier comparación de catálogo.
Y si aún no estás seguro, envía esas cifras a tu proveedor. Un buen proveedor te ayudará a evaluar las ventajas y desventajas en lugar de simplemente tomar tu pedido.
Eso es lo que diferencia una selección acertada de un husillo de bolas de una simple conjetura.